基于载波技术的多点温度测量系统设计

摘 要：载波通讯技术利用电网作为数据的通讯载体，不需要架设通讯电缆利用现成的电网即可實现多个节点的组网。将载波技术用于多点温度测量系统，能实现在不增加通讯线缆的情况下实现多从节点的联网。本设计以HLPLCS520F为通讯芯片，对室内多点温度测量进行组网。本系统使用方便，只要有插座的地方就可以实现设备即插即用，大大加快项目开发速度。

关键词：载波通讯；多点温度测量；网络协议

1 概述

室内多点温度测量技术被广泛的应用于大棚种植，仓储等应用场合，目前多点温度测量主要有有线通讯方式和无线通讯方式两种，有线通讯方式其优点是网络实时性好、稳定性高、通讯速度快[1]。但有线通讯方式不可避免的必须铺设专用的物理通讯信道，其铺设成本非常高，且后期成本较大。采用无线通讯的方式可以免除铺设通讯线缆的麻烦，节点组网非常方便，成本较低。但无线通讯缺点是稳定性差，实时性低[2]。

采用电力载波通讯方式的温度测量系统，不用铺设专用的通讯线缆，利用电网作为数据传输的物理通道，可靠性高稳定性好[3]。利用专用的FSK调制解调器可以为网络定制专用的协议栈，实现多种控制要求。

2 载波系统架构设计

基于载波通讯技术的多点温度测量系统硬件电路主要包括运算处理器和外设电路部分，理控制器和外围电路。处理器包括一个单片机和一个FSK调制解调器，处理器采用了基于FSK调制方式的HLPLCS520F载波模块电路，载波模块的主要作用是载波信号的调制解调、协议处理和外设控制作用[4]。除处理器外系统还包含外围电路，主要有发送、接收电路，起到数据放大驱动的目的。

HLPLC520F包括有运算处理器和信号数据调制解调器，处理器的功能是处理数据，在发送端将数据经过内部的存储单元读取到FSK中，调制解调器将读取的数据信号转换为频率信号，送到数据发送端口。同时处理器还要将接收到的模拟信号经FSK解调之后转换为数字信息存储在存储器内[5]。系统框架图如下图1所示：

从站的工作过程类似于主站，从站外设电路读取来自电网的载波信号，经过滤波电路后送至FSK调制解调器中，转化为数字信号，并存储在数据存储器中。在从站发送数据时，从站将要发送的数据送到FSK进行调制处理，转换为频率信号通过发送端的放大电路后送到电力线上，经过电力线传送后送到主站，完成数据传送。

3 通讯协议设计

采用了电力载波通讯的主从网络结构，其通讯协议可以自主设计完成。多点温度系统采用主从通讯模式，主站负责数据采集与人机交互，从站负责节点的温度数据采集处理。为提高通讯效率，系统采用一主多从的通讯方式，通讯的发起方为主站，不允许从站发起通讯。数据只允许在主从之间进行交互，不允许在从站与从站之间进行通讯。温度测量主站控制着通讯信道的使用权，从站在主站同意下可以发送载波数据。

通讯协议数据帧主要分为六个部分，数据帧格式如上图3所示，第一部分为报文头部分，数据以9BH开始，作为从站接收载波信号的一段开始信号。数据帧的地址段是一个16位的数据段，最多可以组建65536个节点，这其中要规定两个地址作为主站的地址和一个广播的地址，除去这两个地址后可以提供65534个节点，完全满足室内温度测量节点数量的需求。数据帧第三部分为控制代码，控制代码由两个位组成，告诉接收数据点后面的代码是做控制作用还是数据传输作用。由于数据在电力线上传输很容易受到外来的干扰，比如电机的启动强电流等，本系统为了保证数据传输的准确性，在校验部分使用了海明校验码校验方法对数据帧进行校验，检查数据在电力线传送过程中是否出现错误。根据海明校验的原理，26位数据要5位校验码，可以达到海明距离为3，这样能检验出两个错误位并修正一个位的错误。海明校验方法确保了接收数据的绝对可靠。基于载波的通讯网络要能实现设备接入电网后的自动组网，本系统利用ALOHA方法将通讯信道按时间分成若干时间槽，在实践槽开始时站点才能发送数据。如果有从站在时间槽之前占用了数据通讯信道，那么要发送数据的从站智能等到下一个时间槽才能发送数据。ALOHA实现了通讯节点的即插即用，提高系统的实用性能。

4 结束语

传统的数据通讯组网方式其硬件成本高，且后期可更改少，部分通讯还需要缴纳一定的软件使用费用。基于电力载波的室内多点温度测量方法实现低成本、高稳定性的多点温度测量方式。文章所述设计已成功应用于多家公司，效果良好。

参考文献

[1]陈进熹，朱鸿，丁洁瑾.基于电力载波的楼宇灯光集中控制系统设计[J].照明工程学报，2015，26（05）：57-60.

[2]方进，贺鹏，田定胜.中压载波信号架空线传输模型[J].科技风，2015，2：35-37.

[3]陈进熹.智基于电力载波的PLC通讯组网设计[J].科技风，2015，10：

47.

[4]董珀.智能照明控制系统及其新技术研究[D].上海：东华大学，2010.

[5]陈艳.PLC控制系统中通信网络的研究[J].电子技术与软件工程， 2015，05：63.